An S-scheme artificial photosynthetic system with H-TiO2/g-C3N4 heterojunction coupled with MXene boosts solar H2 evolution

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作者
Depeng Meng,Xiaowen Ruan,Ming‐Hua Xu,Dongxu Jiao,Guozhen Fang,Qianqian Yu,Yueyang Zhang,Haiyan Zhang,Sai Kishore Ravi,Xiaoqiang Cui
出处
期刊:Journal of Materials Science & Technology [Elsevier]
卷期号:211: 22-29 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.jmst.2024.05.047
摘要

Solar hydrogen production via water splitting is pivotal for solar energy harnessing, addressing key challenges in energy and environmental sustainability. However, two critical issues persist with single-component photocatalysts: suboptimal carrier transport and inadequate light absorption. While heterojunction-based artificial photosynthetic systems like Z-scheme photocatalysts have been explored, their charge recombination and light harvesting efficiency are still unsatisfactory. S-scheme heterojunctions have gained attention in photocatalysis, owing to their pronounced built-in electric field and superior redox capabilities. In this study, we introduce a MXene-based S-scheme H-TiO2/g-C3N4/Ti3C2 heterojunction (TCMX), synthesized through electrostatic self-assembly. The as-prepared TCMX exhibited an excellent photocatalytic hydrogen evolution rate of 53.67 mmol g−1 h−1 surpassing the performance of commercial Rutile TiO2, H-TiO2, g-C3N4, and HTCN. The effectiveness of TCMX is largely due to the built-in electric field in the S-scheme heterojunction and the cocatalytic activity of MXene promoting rapid separation of photogenerated charges and resulting in well-separated electron and hole enriched sites. This study offers a new approach to enhance photocatalytic hydrogen evolution efficiency and paves the way for the future design of S-scheme heterojunctions.
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